第5章动态系统的Simulink分解.ppt

第5章 动态系统的Simulink 5.1 简单系统的仿真分析 5.2 Scope高级使用技术 5.3 离散系统的仿真分析 5.4 连续系统的仿真分析 5.5 线性系统仿真分析 5.6 混合系统设计分析 5.7 Simulink的调试技术 5.1 简单系统的仿真分析 5.1.1 建立系统模型 首先根据系统的数学描述选择合适的Simulink系统模块，然后按照第4章中的方法建立此简单系统的系统模型。这里所使用的系统模块主要有： (1) Sources模块库中的Sine Wave模块：用来作为系统的输入信号。 (2) Math模块库中的Relational Operator模块：用来实现系统中的时间逻辑关系。 (3) Sources模块库中的Clock模块：用来表示系统运行时间。 (4) Nonlinear模块库中的Switch模块：用来实现系统的输出选择。 (5) Math模块库中的Gain模块：用来实现系统中的信号增益。 图5.1所示为此简单系统的系统模型。 5.1.2 系统模块参数设置 在完成系统模型的建立之后，需要对系统中各模块的参数进行合理的设置。这里采用的模块参数设置如下所述： (1) Sine Wave模块：采用Simulink默认的参数设置，即单位幅值、单位频率的正弦信号。 (2) Relational Operator模块：其参数设置为“”，如图5.2所示。 (3) Clock模块：采用默认参数设置，如图5.3所示。 (4) Switch模块：设定Switch模块的Threshold值为0.5（其实只要大于0小于1即可，因为Switch模块在输入端口2的输入大于或等于给定的阈值Threshold时，模块输出为第一端口的输入，否则为第三端口的输入），从而实现此系统的输出随仿真时间进行正确的切换。如图5.4所示。 (5) Gain模块：其参数设置如图5.1系统模型中所示，这里不再赘述。 5.1.3 系统仿真参数设置及仿真分析 在对系统模型中各个模块进行正确且合适的参数设置之后，需要对系统仿真参数进行必要的设置以开始仿真。 在缺省情况下，Simulink默认的仿真起始时间为0 s，仿真结束时间为10 s。对于此简单系统，当时间大于25时 系统输出才开始转换，因此需要设置合适的仿真时间。设置仿真时间的方法为：选择菜单Simulation中的Simulation Parameters（或使用快捷键Ctrl+E），打开仿真参数设置对话框，在Solver选项卡中设置系统仿真时间区间。设置系统仿真起始时间为0 s、结束时间为100 s，如图5.5所示。 在系统模块参数与系统仿真参数设置完毕之后，用户便可开始系统仿真了。运行仿真的方法有如下几种： (1) 选择菜单Simulation中的Start Simulation。 (2) 使用系统组合热键Ctrl+T。 (3) 使用模型编辑器工具栏中的Play按钮（即黑色三角形）。 当系统仿真结束后，双击系统模型中的Scope模块，显示的系统仿真结果如图5.6所示。从图5.6中可以看出，系统仿真输出曲线非常不平滑；而对此系统的数学描述进行分析可知，系统输出应该为光滑曲线。这是由于在仿真过程中没有设置合适的仿真步长，而是使用Simulink的默认仿真步长设置所造成的。因此，对动态系统的仿真步长需要进行合适的设置。 5.1.4仿真步长设置 仿真参数的选择对仿真结果有很大的影响。对于简单系统，由于系统中并不存在状态变量，因此每一次计算都应该是准确的（不考虑数据截断误差）。在使用Simulink对简单系统进行仿真时，影响仿真结果输出的因素有仿真起始时间、结束时间和仿真步长。对于简单系统仿真来说，不管采用何种求解器，Simulink总是在仿真过程中选用最大的仿真步长。 如果仿真时间区间较长，而且最大步长设置采用默认取值auto，则会导致系统在仿真时使用大的步长，因为Simulink的仿真步长是通过下式得到的： 5.2 Scope高级使用技术 5.2.1 Scope模块的使用 这里以5.1节中简单系统仿真输出结果为例说明Scope模块的使用技术。图5.9所示为默认设置下此简单系统仿真结果输出显示。（5.1节中对